при каком виде излома в зоне разрушения хорошо просматриваются форма и размер зерен
Макроанализ по виду излома.
Внутренние дефекты, которые могут привести к разрушению изделия, выявляются при изучении изломов.
Изломом называется поверхность, образующаяся вследствие разрушения металла.
Непосредственно по виду излома можно установить характер разрушения металлического изделия, которое может быть хрупким, вязким или усталостным.
Хрупкий излом имеет кристаллическое строение. Обычно в хрупком изломе можно видеть форму и размер зерен металла, так как излом происходит без значительной пластической деформации и зерна при разрушении металла не искажаются.
При этом излом может проходить как по границам зерен (межкристаллический), так и по зернам металла (транскристаллический).
Вязкий излом имеет волокнистое строение. Форма и размер зерен металла при вязком изломе сильно искажены, так как разрушение в этом случае сопровождается значительной пластической деформацией.
Признаками вязкого разрушения являются:
— наличие значительной пластической деформации перед разрушением;
— разрушение путем среза, т. е. плоскость разрушения находится под некоторым углом к приложенным внешним нагрузкам;
— разрушение по телу зерна;
— поверхность излома имеет матовый оттенок и волокнистое строение.
К признакам хрупкого разрушения относятся:
— отсутствие предварительной пластической деформации перед разрушением;
— разрушение путем отрыва, когда плоскость разрушения перпендикулярна приложенным внешним нагрузкам;
— разрушение по границам зерен;
— поверхность зерен имеет блестящий, кристаллический оттенок.
Таким образом, вязкое состояние металла менее опасно, т. к. разрушение в этом случае можно предсказать и предотвратить. Хрупкое разрушение более опасно, т. к. оно происходит с большой скоростью при напряжениях ниже расчетных, а также возможных аварийных последствий.
Основными факторами, влияющими на переход металла из вязкого в хрупкое состояние, являются следующие:
б) концентрация напряжений;
в) низкие температуры;
г) скорость нагружения;
д) масштабный фактор.
Одноосное напряженное состояние возникает при растяжении гладких образцов до образования шейки. Это напряжение менее опасно с точки зрения хрупкого разрушения. Двухосное растяжение возникает при нагружении ёмкостей внутренним давлением. В этом случае появляются как σ1, так и взаимно перпендикулярное σ2, условия работы материала уничтожаются. Но наиболее опасным является трехосное растяжение, возникающее в местах концентрации напряжений, когда появляются и σ1 и σ2 и σ3 (рис. 1 ).
Рис. 1 Различные напряжённые состояния:
Концентрация напряжений – это возрастание напряжений вблизи отверстий, галтелей, шпоночных канавок, трещин и других внутренних и внешних дефектов материала. При наличии концентраторов напряжения в металле перераспределяются таким образом, что их максимальная величина находится на вершине концентратора (рис. 2).
Рис.2 Схема распределения напряжений в образцах с концентраторами
Концентрация напряжения К тем больше, чем острее дефект и больше его длина, что выражается следующей формулой (1):
, (1)
Это означает, что если такая предельно острая трещина (r=1000A) доросла до 1мм, то в её вершине напряжение в 6000 раз больше среднего напряжения по всему сечению. Вот почему при ремонте размороженного двигателя или лобового стекла мотоцикла просверливают отверстие в вершине трещины, увеличивая тем самым радиус r и снижая пиковые напряжения. По этой же причине высокопрочные чугуны с округлой формой графита более качественны, менее хрупки по сравнению с серыми чугунами с чешуйчатой формой графита.
Отсюда вывод, если в изделии нельзя избавиться от концентраторов напряжений (отверстий, заклёпок, галтелей и др.), то нужно увеличить радиус r в вершине концентратора.
Основная опасность выбора и оценка материала для работы при низких температурах заключается в следующем. Если в основу конструкционного расчета заложены свойства материалов при комнатной температуре или на основании результатов испытания гладких (ГОСТ) образцов при низких температурах, то имеется, на первый взгляд, дополнительная гарантия надёжности работы материала при пониженных температурах. И это справедливо, если иметь ввиду, что почти все прочностные характеристики с понижением температуры испытания растут (рис.3, кривая 1). Однако при работе материала в конструкции материала практика показывает обратное (рис. 3, кривая 2).
Изделие при низких температурах хрупко разрушаются при напряжениях значительно ниже тех, которые получены при испытаниях гладких образцов. В этом случае не учитывается уменьшение характеристик пластичности и вязкости и на основе этого резкого увеличения чувствительности материала к концентраторам напряжений, неизбежно присутствующих в изделиях. Гладкие образцы концентраторов не имеют.
Поэтому для оценки надёжной работоспособности материала в конструкции при низких температурах необходимо в лабораторных условиях испытывать не гладкие (ГОСТ) образцы, а образцы с концентраторами, которые дают хорошую сходимость результатов испытания с поведением материала в изделиях.
Скорость приложения нагрузки влияет на переход металла из вязкого состояния в хрупкое однозначно. Чем выше скорость деформирования металла, тем легче он охрупчивается.
Рис. 3 Влияние температуры на разрушающее напряжение материала:
1— гладкие (ГОСТ) образцы; 2— изделия
Для оценки этого состояния проводятся испытания на ударную вязкость, под которой понимают способность материала к поглощению механической энергии вплоть до разрушения.
Масштабный фактор заключается в следующем. Чем крупнее изделие, тем больше вероятность нахождения в нём дефектов металлургического, технологического или эксплуатационного происхождения. А дефекты – это концентраторы напряжений.
Усталостный излом образуется в результате длительного воздействия на металл циклически изменяющихся во времени напряжений и деформаций. Излом состоит из трёх зон: зарождения трещины, собственно усталостного распространения трещины и долома. Механизм усталостного разрушения следующий. Усталостная трещина возникает в местах, где имеются концентраторы напряжений или дефекты. Первая зона плоская и гладкая. Увеличиваясь при работе детали, трещина образует зону собственного усталостного распространения с характерными концентрическими бороздками или дугами и мелкозернистым, фарфоровидным изломом. Зачастую она имеет отдельные участки гладкой притертой поверхности. Долом происходит внезапно, когда ослабленное трещиной сечение детали не способно выдержать прикладываемой механической нагрузки. Долом бывает вязким или хрупким.
Какое свойство материала характеризует его сопротивление упругому и пластическому деформированию при вдавливании в него другого, более твердого тела?
Вопросы теста с ответами.
Какое свойство материала характеризует его сопротивление упругому и пластическому деформированию при вдавливании в него другого, более твердого тела?
a) выносливость; b) прочность; c) упругость; d) твердость
а) выносливостью называют способность материала противостоять усталости;
b) прочностью называют способность материала сопротивляться деформации и разрушению;
c) упругостью называют способность материала ОБРАТИМО деформироваться под действием приложенной нагрузки;
При испытании на растяжение образец нагрузили до напряжения R после чего нагрузку сняли. Какова величина относительного удлинения образца?
| Относительное удлинение, % |
a) 6%;b) 4%;c) 3%;d) 8%
a) неверно, в ответе не учтена упругая деформация образца
b) не точно определена величина упругой деформации
На рисунке изображена диаграмма растяжения для условных напряжений. Поведение каких материалов она отражает?
| |
| Относительное удлинение, % |
a) пластичных;
b) она может принадлежать любому металлу;
c) металлы не могут иметь такую диаграмму. Это неметаллический материал;
d) хрупких
a) при растяжении пластичных образцов перед разрушением деформация сосредоточивается в одной зоне, что приводит к появлению на диаграмме ниспадающего участка
b) при растяжении пластичных образцов перед разрушением деформация сосредоточивается в одной зоне, что приводит к появлению на диаграмме ниспадающего участка
Какие факторы строения реальных кристаллов вызывают пластические деформации при напряжениях меньших, чем рассчитанные для идеальной модели кристаллической решетки?
a) точечные дефекты; b) дислокации;
c) поверхностные дефекты; d) дефекты кристаллического строения
a) конечно, эти дефекты оказывают некоторое разупрочняющее действие, но не они, в этом смысле, наиболее эффективны
c) конечно, эти дефекты оказывают некоторое разупрочняющее действие, но не они, в этом смысле, наиболее эффективны
d) безусловно, дефекты кристаллического строения оказывают разупрочняющее действие, но какой вид дефектов, в этом смысле, наиболее эфективен?
При каком виде излома в зоне разрушения хорошо просматриваются форма и размер зерен?
a) при транскристаллитном; b) при хрупком;
c) при вязком; d) при усталостном
a) форма и размер зерен в зоне излома при транскристаллитном разрушении могут быть как искаженными, так и ненарушенными
c) при вязком изломе форма и размер зерен в зоне разрушения сильно искажены
d) усталостный излом имеет две зоны: зону предварительного разрушения (в ней зерна сильно искажены) и зону долома, в которой форма и размер зерен не нарушены
6. При каком виде излома в области разрушения видны две зоны (предварительного разрушения и долома)?
a) при интеркристаллитном; b) при усталостном;
c) при транскристаллитном; d) при вязком
a) при интеркристаллитном разрушении в зоне излома хорошо просматриваются форма и размер зерен
c) форма и размер зерен в зоне излома при транскристаллитном разрушении могут быть как искаженными, так и ненарушенными
d) при вязком изломе форма и размер зерен в зоне разрушения сильно искажены
Что такое живучесть?
a) продолжительность работы детали от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости размером 0,5. 1,0 до разрушения
b) способность сопротивляться развитию постепенного разрушения, обеспечивая работоспособность деталей в течение заданного времени
c) способность оказывать в определенных условиях трения сопротивление изнашиванию
d) способность противостоять хрупкому разрушению
b) такое свойство материала называют ДОЛГОВЕЧНОСТЬЮ
c) такое свойство материала называют ИЗНОСОСТОЙКОСТЬЮ
d) способность материала противостоять хрупкому разрушению называют НАДЕЖНОСТЬЮ
Что такое хладоломкость?
a) максимальная ударная вязкость при температурах хрупкого состояния
b) максимальная прочность при температурах хрупкого состояния
c) относительное снижение ударной вязкостью при переходе из вязкого состояния в хрупкое
d) температура перехода в хрупкое состояние
Что такое рекристаллизация?
Это группа явлений, происходящих при нагреве деформированного металла и охватывающих.
a) процессы образования субзерен с малоугловыми границами, возникающими при скольжении и переползании дислокаций
b) все изменения кристаллического строения и связанных с ним свойств
c) процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения
d) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)
a) выбранный ответ характеризует одну из стадий возврата, называемую ПОЛИГОНИЗАЦИЕЙ
b) выбранный ответ характеризует ВОЗВРАТ
d) выбранный ответ характеризует одну из стадий возврата, называемую ОТДЫХОМ
Что такое отдых?
Это группа явлений, происходящих при нагреве деформированного металла и охватывающих.
a) процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения
b) процессы образования субзерен с малоугловыми границами, возникающими при скольжении и переползании дислокаций
c) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)
d) все изменения кристаллического строения и связанных с ним свойств
a) выбранный ответ характеризует РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЮ
b) выбранный ответ характеризует одну из стадий возврата, называемую ПОЛИГОНИЗАЦИЕЙ
d) выбранный ответ характеризует ВОЗВРАТ, отдых является одной из стадий возврата
Что такое возврат?
Это группа явлений, происходящих при нагреве деформированного металла и охватывающих.
a) процессы образования субзерен с малоугловыми границами, возникающими при скольжении и переползании дислокаций
b) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)
c) процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения
d) все изменения кристаллического строения и связанных с ним свойств
a) выбранный ответ характеризует одну из стадий возврата, называемую ПОЛИГОНИЗАЦИЕЙ
b) выбранный ответ характеризует одну из стадий возврата, называемую ОТДЫХОМ
c) выбранный ответ характеризует РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЮ
Что такое полигонизация?
Это группа явлений, происходящих при нагреве деформированного металла и охватывающих.
a) процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения
b) процессы образования субзерен с малоугловыми границами, возникающими при скольжении и переползании дислокаций
c) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)
d) все изменения кристаллического строения и связанных с ним свойств
a) выбранный ответ характеризует РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЮ
c) выбранный ответ характеризует одну из стадий возврата, называемую ОТДЫХОМ
d) выбранный ответ характеризует ВОЗВРАТ, полигонизация является одной из стадий возврата
Вопросы теста с ответами.
Какое свойство материала характеризует его сопротивление упругому и пластическому деформированию при вдавливании в него другого, более твердого тела?
a) выносливость; b) прочность; c) упругость; d) твердость
а) выносливостью называют способность материала противостоять усталости;
b) прочностью называют способность материала сопротивляться деформации и разрушению;
c) упругостью называют способность материала ОБРАТИМО деформироваться под действием приложенной нагрузки;
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Ответы к тесту по химии материаловедение 370 (Часть 1)
№ 22. Как называется характеристика кристаллической решетки, определяющая число атомов, находящихся на наименьшем равном расстоянии от любого данного атома?
А) Базис решетки. В) Параметр решетки. С) Коэффициент компактности. +D) Координационное число.
№ 23. Каково координационное число кристаллической решетки, элементарная ячейка которой представлена на рис. 5?
А)К8. В) К12. +C)К 6. D)Г 12
№ 24, Почему вещества, обладающие кристаллической решеткой, представленного на рис. 6 типа, не образуют растворов внедрения с высокой концентрацией растворенного компонента?
А) Из-за наличия в решетке доли ковалентной связи. +В) В решетке нет крупных пор для размещения атомов примеси. С) Решетка обладает высокой степенью компактности. D) Подобные решетки образуют высококонцентрированные растворы.
№ 25, Какое из изменений характеристик кристаллической решетки приведет к росту плотности вещества?
А) Увеличение параметров решетки. В) Уменьшение количества пор в элементарной ячейке. С) Увеличение числа атомов в ячейке.
+D) Увеличение координационного числа.
№ 26. Как называется характеристика кристаллической решетки, определяющая отношение объема атомов, приходящихся на элементарную ячейку, к объему ячейки?
+А) Коэффициент компактности. В) Координационное число. С) Базис решетки. D) Параметр решетки.
№ 27. Каковы индексы кристаллографического направления ОВ (рис. 7)?
+А) (121). В) [-121]. С) [122]. D) [0,5; I; 0,5].
№ 28. Каковы кристаллографические индексы заштрихованной плоскости (рис. 8)?
А) (111). +В) (011). С) (220). D) (100).
№ 29. Каковы кристаллографические индексы плоскости ABC (рис. 9)?
+А) (2 1 4). В) (2 4 1). С) (1 2 1/2). D) (1 1/2 2).
№ 30. Как называется явление, заключающееся в неоднородности свойств материала в различных кристаллографических направлениях?
А) Изотропность. +В) Анизотропия. С) Текстура. D) Полиморфизм.
№31. Какие тела обладают анизотропией?
+А) Текстурованные поликристаллические материалы.
В) Ферромагнитные материалы. С) Поликристаллические вещества. D) Аморфные материалы.
№ 32. Какие тела обладают анизотропией?
А) Парамагнетики. +В) Монокристаллы. С) Вещества, обладающие полиморфизмом. D) Переохлаждённые жидкости.
№ 33. К какой группе дефектов кристаллических структур можно отнести дефект представленного на рис. 10 фрагмента кристаллической решетки?
+А) К точечным. В) К линейным. С) К поверхностным. D) К объемным.
1.3 Виды сплавов
№ 49. Микроструктура какого сплава представлена на рис. 17?
А) Твердого раствора внедрения. В) Твердого раствора замещения.
+С) Механической смеси. D) Химического соединения.
№ 50. Микроструктура какого сплава представлена на рис. 18?
А) Механической смеси. В) Чистого металла. С) Химического соединения.
+D) Твердого раствора.
№ 56. Для каких сплавов компонентов А и В характерно равенство А(+В) = В(+А)?
А) Для твердых растворов внедрения. В) Для механических смесей. С) Для химических соединений. D) Для неограниченных твердых растворов.
№ 57. Возможна ли 100-процентная концентрация растворяемого компонента в решетке растворителя?
А) Возможна в системе с химическими соединениями. В) Нет. С) Возможна в системе механических смесей. +D) Возможна в системе неограниченных твердых растворов.
№ 58. Какой вид имеет уравнение правила фаз?
А) С = К + F – 1. В) С = F + K + 1. С) С = F – K + 1. +D) С = K – F + 1.
№ 59. Каким отрезком определяется концентрация компонента А в точке т диаграммы состояния (рис. 24)?
A) Am. B)fm. +С) тВ. D) сf
№ 60. Какая диаграмма состояния представлена на рис. 25?
+А)Однокомпонентная диаграмма. В) Диаграмма с химическим соединением.
С) Диаграмма с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии.
D) На рисунке представлена не диаграмма, а лишь ее температурная ось.
№ 61. Какая диаграмма состояния представлена на рис. 26?
A) С неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.
B) С химическим соединением. +С)_С отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии. D) С ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.
№ 62. Что такое эвтектика?
А) Вещество, образующееся при некотором соотношении компонентов и имеющее кристаллическую решетку, отличную от решеток, составляющих эвтектику веществ.
В) Механическая смесь двух компонентов. С) Неограниченный твердый раствор компонентов друг в друге. +D) Механическая смесь, образующаяся в результате одновременной кристаллизации компонентов или твердых растворов из жидкого раствора.
№ 77. В какой диаграмме (каких диаграммах) состояния есть полиморфное превращение (рис. 36)?
A)D. B)A.+C)C. D)B И C.
№78. Каков состав сплава в точке z (рис. 37) тройной системы ABC?
А) А = 30 %, В = 60 %, С = 10 %. +В)А = 10 %, В = 60 %, С = 30 %. С) А = 60 %, В = 10 %, С = 30 %. D) А = 10 %, В = 30%, С = 60 %.
1.4.Механические свойства, деформация и рекристаллизация металлов.
Презентация по метрологии на тему «Анализ изломов металла»
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Описание презентации по отдельным слайдам:
Анализ изломов металла
Внутренние дефекты, которые могут привести к разрушению изделия, выявляются при изучении изломов. Изломом называется поверхность, образующаяся вследствие разрушения металлов. Изломы металлов могут существенно отличаться по цвету. Так, стали и белые чугуны, в которых весь углерод связан в цементите, имеют излом светло-серого цвета. У графитизированных сталей и чугунов, в которых углерод находится преимущественно в виде графита, излом черного цвета. На поверхности изломов можно видеть дефекты, которые способствовали разрушению. В зависимости от состава, строения металла, наличия дефектов, условий обработки и эксплуатации изделий изломы могут иметь вязкий, хрупкий или усталостный характер. Анализ изломов металла осуществляется с помощью макроскопического и микроскопического анализов. Макроскопический анализ заключается в определении строения металла невооруженным глазом или через лупу при небольших увеличениях (до 30 раз), и как правило является предварительным видом исследования. Метод визуального наблюдения изломов называют фрактографией. На изломах макроструктуру оценивают путем сравнения с нормативными макроструктурами, приведенными в ГОСТ 10243–75, по 25 параметрам.
Макростроение можно изучать не только непосредственно на поверхности заготовки, но и в изломе заготовки, а также после предварительной подготовки исследуемой поверхности, заключающейся в её шлифовании и травлении специальными реактивами. Шлифованный и протравленный образец называют макрошлифом, если макрошлиф изготовлен в поперечном сечении детали, то его называют тамплетом. Методом макроанализа определяют: вид излома – вязкий, хрупкий, нафталинистый (в стали), камневидный и др. Нарушения сплошности металла – усадочная рыхлость, центральная пористость, свищи, подкорковые пузыри, межкристаллические трещины, флокены в стали, дефекты сварки и др. дендридное строение, зону кристаллизации в литом металле химическую неоднородность литого металла (ликвацию) и грубые включения волокнистую структуру деформированного металла расположение волокон в композиционном материале.
По характеру разрушения изломы подразделяют на хрупкие, вязкие и усталостные. Хрупкий излом имеет блестящую кристаллическую поверхность, на которой достаточно четко видны зерна опредееленных размеров и формы, так как разрушение происходит без значительной пластической деформации. Хрупкое разрушение может быть межкристаллическим (по границам зерен) и транскристаллическим (по телу зерен). Это наиболее опасный и быстрый вид разрушения, приводящий к преждевременному внезапному отказу деталей в условиях эксплуатации. Вязкий излом имеет матовую поверхность и обычно волокнистое строение с зернами сильно искаженных размеров и формы, так как разрушение сопровождается значительной пластической деформацией. Вязкий излом менее опасен, чем хрупкий. При циклических (повторно-переменных) нагрузках материал подвержен усталостному разрушению. Усталостная трещина зарождается обычно на поверхности детали в местах наибольшей концентрации напряжений (галтели, отверстия, надрезы, неметаллические включения и др.).
Кристаллическим (хрупким) называется блестящий светлосерый излом. При рассмотрении поверхности такого излома нетрудно заметить, что она состоит из граней мелких частиц, обладающих значительной отражающей способностью и потому в совокупности создающих сильный металлический блеск. У проб с кристаллическим строением излома, как правило, отсутствует вытяжка («утяжка») металла по внешнему контуру излома. При наличии кристаллического излома можно сделать заключение, что разрушение в этом случае не сопровождается значительной пластической деформацией зерен металла в зоне, прилегающей к поверхности излома. Такая сталь характеризуется пониженной ударной вязкостью, по сравнению со сталью того же состава, но имеющей более вязкий волокнистый излом. Изменяя в необходимом направлении условия термической обработки, можно при сохранении твердости и прочности стали примерно на одном уровне получить кристаллический волокнистый или смешанный излом (например, вызывая или устраняя отпускную хрупкость). Расходящиеся рубцы указывают направление разрушения.
Хрупкое разрушение протекает без заметной предшествующей пластической деформации. Форма зерна не искажается и на изломе виден исходный размер зерен металла. Поверхность хрупкого излома блестящая, кристаллическая. Разрушение может происходить через зерна (транскристаллический излом), либо по границам зерен (интеркристаллический или межкристаллический излом). Хрупкое разрушение наиболее опасно, так как происходит чаще всего при напряжениях ниже предела текучести материала. Хрупкое (кристаллическое) разрушение по границам зерен имеет место при наличии на границах неметаллических включений (фосфиды, сульфиды, оксиды) или других выделений, ослабляющих прочность границ зерна. Возникновению хрупкого разрушения способствуют наличие поверхностных дефектов, конструкционные просчеты (резкое изменение сечения, толстостенность деталей), низкая температура и ударные нагрузки при работе, крупнозернистость металла, выделение по границам зерен хрупких фаз, межзеренная коррозия. Разновидностями хрупкого излома являются нафталинистый. камневидный. фарфоровидный и др.
Материалы разрушаются по разному в случаях усталости и при однократных нагрузках. В случае усталостного нагружения начало пластической деформации, вызванное движением дислокаций, может быть при напряжениях меньше предела текучести. При увеличении числа циклов нагружения увеличивается плотность дислокаций, в первую очередь, в поверхностных слоях. Тонкие линии скольжения на поверхности превращаются в характерные полосы, профиль которых представлен в виде выступов и впадин. Глубина впадин в зависимости от времени испытания может достигать 10–30 мкм. При образовании устойчивых полос скольжения происходит чередование областей с высокой и низкой плотностью дислокаций. Процесс усталостного разрушения достаточно длителен, так как он связан с постоянным накоплением повреждений, развитием и перемещением трещины. В усталостном изломе рассматривают 3 зоны: очаг разрушения; зону усталостного разрушения с гладкой, ступенчато-слоистой, мелкозернистой, фарфоровидной поверхностью и зону долома со структурой типичной или для хрупкого, или для вязкого излома (в зависимсти от строения и свойств материала). Для фиксирования результатов анализа применяют фотографирование макроструктуры.
Чтобы придать стали достаточную для обеспечения волокнистого излома вязкость. следует соблюсти, по крайней мере, шесть условий, которые могут обеспечить необходимую вязкость: Карбидная составляющая должна быть равномерно распределена и иметь глобулярную, а не пластинчатую форму. Карбиды должны иметь средние размеры не менее некоторого «критического значения», зависящего от ряда факторов, но, в первую очередь, от количества углерода в стали. Ферритная основа термически улучшенной стали должна иметь мелкозернистое строение. Ферритная основа термически улучшаемой стали должна быть легирована элементами, не снижающими существенно ее вязкости. С этой точки зрения, нежелательно введение в сталь повышенного количества кремния, а также марганца. 5. Сталь не должна иметь сильно развитой восприимчивости к отпускной хрупкости, особенно если обрабатываемые изделия имеют повышенную толщину и охлаждение в воде не является достаточным средством для устранения процессов, вызывающих появление отпускной хрупкости. Отсюда вытекает также необходимость минимального содержания в стали фосфора и пониженного содержания марганца. 6. Сталь должна обладать высоким металлургическим качеством и не иметь резко развитой дендритной ликвации.
Изучение дендритной макроструктуры литого металла Изучение дендридной структуры осуществляется после глубокого травления. Форма и размер зерен в слитке зависят от условий кристаллизации: температуры жидкого металла, скорости и направления отвода тепла, примесей в металле. Рост зерна происходит по дендритной (древовидной) схеме. Строение металлического слитка. а) Зависимость числа центров кристаллизации (ч.ц.) и скорости роста кристаллов (с.р.) от степени переохлаждения ΔТ. б) Макроструктура слитка: 1 – мелкие равноосные зерна (корковая зона), 2 – столбчатые дендриты, 3 – крупные равноосные зерна, 4 – усадочная раковина, 5 – усадочная рыхлость, 6 – ликвационная зона.
Размеры образовавшихся кристаллов зависят от соотношения числа образовавшихся центров кристаллизации и скорости роста кристаллов при температуре кристаллизации. При равновесной температуре кристаллизации Тпл число образовавшихся центров кристаллизации и скорость их роста равняются нулю, поэтому процесса кристаллизации не происходит. Если жидкость переохладить до температуры, соответствующей ΔТ1, то образуются крупные зерна (число образовавшихся центров небольшое, а скорость роста – большая). При переохлаждении до температуры соответствующей ΔТ2 – мелкое зерно (образуется большое число центров кристаллизации, а скорость их роста небольшая). Если металл очень сильно переохладить, то число центров и скорость роста кристаллов равны нулю, жидкость не кристаллизуется, образуется аморфное тело. Кристаллизация корковой зоны идет в условиях максимального переохлаждения. Скорость кристаллизации определяется большим числом центров кристаллизации. Образуется мелкозернистая структура.
Рост кристаллов во второй зоне имеет направленный характер. Они растут перпендикулярно стенкам изложницы, образуются древовидные кристаллы – дендриты. Растут дендриты в направлении, близком к направлению теплоотвода. Так как теплоотвод от не закристаллизовавшегося металла в середине слитка в разные стороны выравнивается, то в центральной зоне образуются крупные дендриты со случайной ориентацией. В верхней части слитка образуется усадочная раковина, которая подлежит отрезке и переплавке, так как металл более рыхлый (около 15…20% от длины слитка). Слитки сплавов имеют неодинаковый состав. В процессе кристаллизации все легкоплавкие примеси оттесняются в центр слитка. Химическая неоднородность по отдельным зонам слитка называется зональной ликвацией. Продукцией металлургических предприятий, как правило, является металл, претерпевший горячую обработку давлением – ковку, штамповку, прокатку и т.д. При деформировании дендриты, вначале дезориентированные, постепенно поворачиваются и вытягиваются вдоль направления деформации. Вытягиваются и неметаллические включения. В результате этого формируется типичная для деформированного металла волокнистая структура
При определении механических свойств необходимо помнить, что металл с волокнистой структурой обладает анизотропией, то есть различием свойств в зависимости от направления. Пластичность, ударная вязкость и прочность материала поперек волокна выше, чем вдоль. Поэтому ответственные детали, особенно работающие при высоких динамических нагрузках (коленчатые валы, шестерни, шатуны, молотовые штампы, клапаны, крюки), изготовляют так, чтобы волокна в них не перерезались, а соответствовали конфигурации изделия. При обработке резанием детали из деформированной стали, ее волокна перерезаются, что резко снижает прочность детали. Макроанализ позволяет установить способ изготовления деталей – обработка давлением или резанием Макроструктура (зарисовка) продольного разреза коленчатого вала с правильным (а) и неправильным (б) расположением волокон. а б